程瑜 王興輝 莫永華

[摘 要]文章以CNKI數(shù)據(jù)庫2014～2019年187條國內(nèi)K12計算思維教學研究論文為研究對象，利用CiteSpace對其進行可視化分析。通過共引分析和共現(xiàn)分析，揭示了國內(nèi)K12計算思維教學研究領域的發(fā)文量、發(fā)文期刊、關鍵詞等，在此基礎上揭示了國內(nèi)K12計算思維教學研究前沿主題;分析了計算思維、核心素養(yǎng)、信息技術課程等研究熱點。研究發(fā)現(xiàn)，雖然國內(nèi)有關K12計算思維教學的文章數(shù)量在這幾年呈線性增長，取得豐碩的成果，但同時也存在不夠重視K12階段計算思維教學、培養(yǎng)學生計算思維側重于信息技術課程等不足，制約了K12計算思維教學進一步發(fā)展。針對現(xiàn)階段存在的問題，提出了重視K12階段的計算思維教學、加強師資與改變教學模式、探索跨學科培養(yǎng)計算思維等建議。

[關鍵詞]K12;計算思維教學;CiteSpace;現(xiàn)狀;建議

[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2021）04-0005-05

引言

計算思維是在計算機科學的基礎概念上，解決問題、設計系統(tǒng)、理解人類行為的思維和能力[1]。近年來，隨著計算機技術的快速發(fā)展，計算思維成為了學生應具備的基本素養(yǎng)和能力。計算思維是信息技術學科核心素養(yǎng)之一，培養(yǎng)學生的計算思維能力勢在必行，培養(yǎng)K12階段學生的計算思維能力主要是通過改變他們的思維方式，進而培養(yǎng)他們解決問題的能力。而目前對K12計算思維教學研究還存在一些不足，如不夠重視K12階段計算思維教學、培養(yǎng)學生計算思維側重于信息技術課程等。為了更好地了解K12計算思維教學研究的熱點和現(xiàn)狀，本研究采用科學知識圖譜方法、定性和定量分析法，利用CiteSpace軟件對檢索到的國內(nèi)K12計算思維教學研究相關文獻從整體研究趨勢、文獻期刊分布、研究熱點等內(nèi)容進行多方面的可視化分析，以探測K12計算思維教學研究的熱點及發(fā)展趨勢，為K12計算思維教學的后續(xù)研究提供參考和借鑒。

一、研究對象及分析工具

為了獲得所需要的研究數(shù)據(jù)，本研究使用國內(nèi)最大的資源平臺“CNKI”中的高級檢索功能，分別以“計算思維+教學+關鍵詞（例如小學、初中、高中、中小學、中學、基礎教育、K12）”進行主題高級檢索，這樣檢索出來的文獻比較有針對性，更有利于分析與總結國內(nèi)K12階段計算思維教學的現(xiàn)狀，從而針對目前國內(nèi)K12階段計算思維教學研究存在的不足之處提出建議。本文所采用的主要分析工具是CiteSpace（5.6.R2版本）可視化分析軟件，檢索年限為2014～2019年，剔除與國內(nèi)K12計算思維教學相關不大的文獻，最后得到187篇文獻作為研究樣本。

二、研究發(fā)現(xiàn)與分析

（一）年度發(fā)文數(shù)量

下頁圖1顯示了2014～2019年國內(nèi)K12計算思維教學研究發(fā)表的文獻數(shù)量情況，從每年發(fā)表文章數(shù)量可以看出，從2014年開始，國內(nèi)K12計算思維教學研究相關的文章總體呈現(xiàn)上升的趨勢，說明國內(nèi)K12階段計算思維教學關注度越來越高。2017～2018年增長迅速，到了2019年，國內(nèi)有關K12階段計算思維教學的文章已經(jīng)達到了56篇之多。

每年發(fā)表文章數(shù)量增長快慢取決于外部和內(nèi)部兩方面的因素[1]。從外部因素來看，國內(nèi)開始關注基礎教育階段計算思維的培養(yǎng)主要從2014年開始的，可能源于2014年6月學校計算機工作組對計算思維的定義、概念、框架進行了分析，為K12階段的計算思維培養(yǎng)提供了理論指導[2]。從另外一個影響因素看，2014年12月，教育部全面啟動實施的《普通高中課程標準（實驗）》修訂工作，給計算思維研究提供了新的指導依據(jù)[3]。我國2017新版普通高中信息技術課程標準中，已將計算思維列為信息技術學科之核心素養(yǎng)[4]。由此可見，在K12階段培養(yǎng)學生的計算思維能力是很有必要的，也是每一個教育工作者需要面對的新話題。而計算科學的核心思維方式則是計算思維，對中小學生計算思維能力的培養(yǎng)已經(jīng)迫在眉睫，從而推動了更多的教育工作者去探究如何培養(yǎng)中小學生計算思維以及運用哪種教學模式，因此，這個時期文章發(fā)表的數(shù)量增長幅度也較大。

（二）文獻期刊分布分析

為了解國內(nèi)K12計算思維教學發(fā)文期刊與機構的情況，在中國知網(wǎng)選取了187篇研究樣本進行統(tǒng)計分析。根據(jù)表1可知，在核心期刊發(fā)表的只有44篇，僅占24%，而普通期刊發(fā)表的143篇，占76%。根據(jù)國內(nèi)K12階段計算思維教學在國內(nèi)的發(fā)展來看，核心期刊的發(fā)文量較少的原因：其一，對K12階段計算思維教學的重視還有待加強;其二，國內(nèi)K12階段計算思維教學的發(fā)展受到許多因素的制約，比如K12階段教育界自身的計算思維能力也需要提升。

（三）研究熱點分析

關鍵詞是文中最能體現(xiàn)全文中心思想的系列概念或詞組，能夠在一定程度上反映研究者的關注與焦點。在關鍵詞共現(xiàn)圖譜中，高頻關鍵詞至關重要，頻次的高低反映研究的熱點，中心性反映了重要性。該領域排名前20的關鍵詞如表2所示。由此可見，出現(xiàn)頻次和中心性較高的關鍵詞是計算思維、核心素養(yǎng)、高中信息技術、信息技術課程、教學模式、教學設計、學科核心素養(yǎng)等，這說明了計算思維教學在發(fā)展過程中的變化。

如圖2所示，在CiteSpace中進行聚類分析，可以了解到該領域的研究熱點。聚類結果表明，“信息技術課程”“項目學習”“翻轉課堂”“程序設計”“設計與開發(fā)”“教學改革”“案例設計”“算法思維能力”是國內(nèi)K12計算思維教學研究的熱點。

通過對研究熱點進一步分析，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)K12計算思維教學研究的主要內(nèi)容：教學模式研究，包括“項目學習”“翻轉課堂”“案例設計”;信息技術課程研究，如“程序設計”“設計與開發(fā)”“算法思維能力”等，結合文獻，下面對國內(nèi)K12計算思維教學研究熱點進行解讀。

（1）教學模式研究

正在修訂的高中信息技術課程標準明確了信息技術學科核心素養(yǎng)包括“信息意識”“信息社會責任”“數(shù)字化學習與創(chuàng)新”及“計算思維”等核心內(nèi)容[5]，“計算思維”被列為新的核心內(nèi)容。因此，有許多學者對K12計算思維教學模式進行了研究。蔡榮華、高薇認為，可以采用項目學習的教學模式培養(yǎng)學生的計算思維，項目學習是指學生在教師的引導下發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，開展具有創(chuàng)新性的學習活動，項目學習要求學生積極主動參與問題，可以與他人合作，通過提出問題、討論、觀察、實驗、分析、得出結論，學生彼此協(xié)作，項目學習提高了學生的元認知能力，創(chuàng)建了平等的學習環(huán)境[6]。吳憲辰、劉奎認為，高中人工智能課程宜采用基于問題學習（PBL）的教學模式培養(yǎng)學生的計算思維，PBL教學模式是基于問題的學習，與傳統(tǒng)的教學模式不同，PBL教學模式是以學生為主體，以小組討論的形式進行的，教師是引導，輔助與幫助學生，人工智能領域的教學正需要這種教學模式，教師提出問題，然后學生分析、解決問題，最終一起得出結論[7]。李應聰認為，運用問題求解策略的教學模式適合信息技術課堂，在信息技術課程中，教師不僅需要普及計算機科學概念，更需要培養(yǎng)學生體驗計算思維求解問題的一般過程與方法，能夠在實際問題中應用與遷移，教師應多鼓勵學生思考可計算性問題，幫助學生逐步建構信息技術知識體系，并讓學生主動探究和實施[8]。

（2）信息技術課程研究

隨著我國課程改革的不斷推進，越來越強調(diào)發(fā)展學生的核心素養(yǎng)?！坝嬎闼季S”作為核心素養(yǎng)中新的內(nèi)容，培養(yǎng)K12階段學生的計算思維能力已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢，而在這其中必不可少的是計算思維的教學，如何培養(yǎng)學生的計算思維？如何提高教學？這仍需要進一步探索和實踐，也是未來研究的方向和趨勢。江榮娜、王觀玉提出要將Scratch引入信息技術課程中，Scratch是一種可視化編程語言，它的特點是直觀性強且充滿趣味性，不需要編寫代碼，只需拖拽指令進行組合就能完成編程，在中小學階段，學生的理性思維不足，但具有想象力和創(chuàng)造力，運用Scratch這個軟件平臺，不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，同時可以增強學生的創(chuàng)新意識，將這些知識轉化為新知識與新技能，從而培養(yǎng)學生的計算思維，提高學生對實際問題的解決能力[9]。楊莉莉提出將核心素養(yǎng)這一理念有效地融入到Python的教學中[10]。王榮良教授發(fā)表《計算思維對中小學信息技術課程的影響初探》一文，闡述了計算思維的基本概念，提出在中小學開展計算思維教育對信息技術課程目標、內(nèi)容、方法和可能產(chǎn)生的有益影響。此外，他在《計算思維教育》著作中，詳細介紹了計算思維教育的教學原則：操作性與實踐性相結合原則、直觀性與思想性相結合原則、規(guī)整性與創(chuàng)造性原則，并在教學原則中展示相應的活動案例[11]。

三、結論與建議

（一）結論

文章借助CiteSpace分析工具，對國內(nèi)2014～2019年K12階段計算思維教學的研究成果進行了可視化分析，并梳理了國內(nèi)K12計算思維教學的研究現(xiàn)狀和研究熱點。

1.K12階段計算思維教學研究相關的文獻從2014年開始總體呈現(xiàn)上升的趨勢，但研究的內(nèi)容在高等教育階段比較多，K12階段計算思維教學研究相對較少，這說明計算思維教學研究在K12階段的應用有待進一步普及。

2.K12階段計算思維教學研究核心期刊發(fā)表的文章數(shù)量較少，這說明計算思維教學研究成果的質量有待進一步提高。

3.計算思維教學研究的高頻關鍵詞有核心素養(yǎng)、高中信息技術、信息技術課程、教學模式、教學設計、學科核心素養(yǎng)等，這在一定程度上代表了國內(nèi)K12階段計算思維教學研究的關注點，通過對研究熱點進一步分析，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)學生計算思維更多側重于信息技術課程。

4.國內(nèi)K12計算思維教學研究內(nèi)容主要是教學模式研究與信息技術課程研究，這說明了計算思維研究由理論深入實踐，從實踐中探索出K12計算思維教學的有效途徑。

（二）建議

通過對國內(nèi)K12計算思維教學研究現(xiàn)狀和研究熱點的分析，K12階段計算思維教學研究還有一些待解決的問題，以下是筆者根據(jù)國內(nèi)K12計算思維教學現(xiàn)狀統(tǒng)計分析的結果，提出的幾點建議。

1.重視K12階段的計算思維教學

關于計算思維的培養(yǎng)，我國2017版《普通高中信息技術課程標準》將計算思維納入信息技術新的核心素養(yǎng)[12]。在信息社會，需要培養(yǎng)計算思維，計算思維需要從小培養(yǎng)，需要重視基礎教育計算思維教學，K12階段正是計算思維養(yǎng)成的時期，教師應抓住這一關鍵時期因材施教[13]。

2.加強師資與改變教學模式

目前，國內(nèi)關于K12階段計算思維教學培養(yǎng)學生計算思維的途徑主要是通過中小學信息技術課程培養(yǎng)學生的計算思維[14]。計算思維教學不應該只限于Office、繪圖繪畫等工具的使用，而是要側重于學生的思考和解決問題的能力。要注重使用App Inventor等工具，利用可視化的編程軟件，進行多樣化的編程教學。當前的計算思維教學還不夠完善，應多采用項目式教學[15]，基于學生的真實情境的問題出發(fā)，將問題轉化為計算機能夠解決的問題模型，以此培養(yǎng)學生的計算思維能力[16]。

3.探索跨學科培養(yǎng)計算思維

計算思維的培養(yǎng)不能僅僅依靠信息技術課程來實現(xiàn)，在K12階段計算思維教學應該注重與其他學科的融合與創(chuàng)新，教師在不斷提高自身計算思維能力的同時，還應主動探索如何把計算思維運用到其他學科，培養(yǎng)學生在各個學科運用計算思維來解決問題的能力。

四、結語

計算思維的應用逐步像“閱讀”“寫作”“算術”一樣廣泛，計算思維已經(jīng)成為教育界近年來關注的研究熱點，學生計算思維的培養(yǎng)勢在必行。然而，在梳理有關國內(nèi)K12計算思維教學相關文獻時發(fā)現(xiàn)，我國K12階段計算思維教學研究相關文獻較少，尤其是在不同教育階段應該如何開展計算思維教學，還需要更多專家、學者對K12階段進行計算思維教學的研究，共同促進計算思維教育在我國K12階段的普及與發(fā)展。

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[作者簡介]程瑜，南寧師范大學計算機與信息工程學院碩士研究生，研究方向：信息技術應用;王興輝，廣西開放大學校長，教授，博士，碩士研究生導師，研究方向：教育信息技術應用和理論研究;莫永華，南寧師范大學計算機與信息工程學院教授，碩士研究生導師，研究方向：教育技術基本理論、數(shù)字媒體技術。

[責任編輯 肖志明]